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Embedded Computing mit i.MX8

Computertechnische Rundumversorgung

17. Februar 2020, 13:41 Uhr | Amir Sherman

Bild 1: »Thor96« beruht auf der offenen 96Boards-Plattform. Kunden können das Design den eigenen Erfordernissen anpassen.

Die Entwicklung eines Embedded-Computing-Boards überlässt man besser einem Spezialisten. Auf dem Weg zum Komplettsystem gibt es trotzdem noch vieles zu entwickeln, das man selbst machen oder einem Partner überlassen kann.

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Die Hardware-Entwicklung gestaltet sich meist schwierig. Oft sind wenig Zeit und Ressourcen vorhanden, und idealerweise bestehen schon Lösungen oder Ansätze, auf denen entsprechend aufgebaut werden kann. Arrow Electronics bietet Anwendern als Technologiegesamtlösungs-Anbieter Zugriff auf eine äußerst umfassende Roadmap – vom Bauteil bis hin zur Systemlösung. Im Folgenden finden sich die neuesten Embedded-Plattformen auf Basis von Komponenten führender Hersteller.

Ein Beispiel hierfür ist die Anwendungsprozessor-Familie i.MX 8 von NXP, die mit fortschrittlicher Medienverarbeitung, sicherer Domain-Partitionierung und innovativer Bildverarbeitung ausgestattet ist. Die i.MX-8-Familie wird mittlerweile in zahlreichen Mehrfach-Display-Anwendungen in der Automobilbranche, Industriesystemen, der digitalen Bildverarbeitung (Vision), HMI sowie Einplatinencomputern eingesetzt.

Viele Anwender möchten ihre Lösung auf dieser Familie aufbauen, allerdings handelt es sich hierbei nicht um eine einfache Lösung, die jeder Kunde einfach so rasch umsetzen und in die Produktion bringen kann, nicht zuletzt, weil häufig die nötigen technischen Fachkenntnisse fehlen, die für die Entwicklung mit komplexer Multi-Core-, linux-basierter und DDR3L- oder DDR4-High-End-Technologie erforderlich sind.

Offene Arm-Board- Plattform

Arrow hat hierfür eine spezielle Plattform entwickelt. Diese Plattform basiert auf dem Community-Board Thor96 (Bild 1). Das Thor96-Board ist ein Einplatinencomputer, der vom SoC i.MX 8M gesteuert wird, das einen Quad-Core-Arm-Cortex-A53 mit 64 bit, eine dedizierte GPU und VPU, 4K-Unterstützung, Wi-Fi, Bluetooth sowie eine Reihe verschiedener I/O-Funktionen enthält. 96Boards ist eine von Linaro gehostete offene 32- und 64-bit-Arm-Plattform, die sich unter anderem an die Embedded-OEM-Community richtet. Für manche Anwender eröffnet sich so die Möglichkeit, ihr eigenes Board zu entwickeln, indem sie diese Community-Boards übernehmen und das Design weiterentwickeln oder ihr eigenes Design mithilfe der eInfochips Engineering-Services von Arrow individuell anpassen. Dies ist die erste der auf der Plattform verfügbaren Optionen. Weitere Informationen finden sich auf www.96boards.org und auf arrow.com.

Die zweite Option richtet sich an Anwender, die nicht die Zeit haben, ihr eigenes Board zu entwickeln, aber dennoch die i.MX-8-Lösung nutzen möchten. Hier unterstützt Arrow seine Kunden mit SoMs (System-On-Modules). Ein System-On-Module (einige nennen diese Systeme auch CoM – Computer-On-Module) ist so konzipiert, dass es an eine Träger- oder Basiskarte angeschlossen werden kann, und ist im Prinzip ein kleines Prozessormodul mit einer CPU und I/O-Standardfunktionen. Der mit dem Entwurf eines CPU-Subsystems verbundene, in der Regel sehr hohe Aufwand kann somit durch die Nutzung des SoM und einer geeigneten Basiskarte vermieden werden.

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System-on-Modules: proprietär oder standardisiert?

Arrow hat zahlreiche SoM-Lieferanten auf seiner Linecard und ist so in der Lage, Formfaktoren und Lösungen jeglicher Art zu liefern, welche die Kunden für die Entwicklung ihrer Produkte benötigen, unter anderem Unternehmen wie Variscite und iWave, die Teil der Präsentation von Arrow auf der embedded world 2020 sind. Diese beiden Beispiele zeigen die bestehenden Unterschiede zwischen den diversen Formfaktoren auf. System-On-Modules von Variscite besitzen einen proprietären Formfaktor, während I-Wave den Formfaktor der SMARC-Community unterstützt.

Die Verwendung eines proprietären Formfaktors ist sehr beliebt, weil der Anwender so stets die optimale Lösung für seine Anwendungen findet, abhängig von der Größe, den Steckverbindern, dem Layout und vielen anderen Funktionen, während andere Anwender wiederum lieber einen Standard-Formfaktor nutzen. Äußerst beliebt bei Arm-Modulen ist der genannte SMARC-Formfaktor.

SMARC (»Smart Mobility ARChitecture«) ist eine vielseitige Computermoduldefinition mit kompakten Abmessungen für Anwendungen, die einen geringen Stromverbrauch, niedrige Kosten und hohe Leistung erfordern. Diese Module nutzen in der Regel Arm-SoCs, die den in vielen gängigen Geräten wie Tablet-PCs und Smartphones verwendeten SoCs ähnlich bzw. sogar identisch sind. Alternative Low-Power-SoCs und CPU, wie zum Beispiele tablet-orientierte x86-Geräte und andere RISC-CPU, können ebenfalls verwendet werden. Die Leistungsaufnahme des Moduls liegt im Regelfall unter 6 W.

Es stehen zwei Modulgrößen zur Verfügung: 82 mm × 50 mm und 82 mm × 80 mm. Die Modulplatinen besitzen 314 Steckkontakte, die mit einem flachen rechtwinkligen 314-Pin-Steckverbinder mit 0,5-mm-Anschlussraster zusammenpassen. Der Steckverbinder wird manchmal auch als 321-Pin-Stecker identifiziert, aber 7 Pins sind für den Schlüssel bestimmt.

Die Module werden als Bausteine für tragbare und stationäre Embedded-Systeme verwendet. Die Kern-CPU und Supportschaltungen, einschließlich DRAM, Boot-Flash, Power-Sequencing, CPU-Stromversorgung, GBW und ein Einkanal-LVDS-Display-Sender sind auf dem Modul untergebracht. Die Module werden mit anwendungsspezifischen Trägerkarten genutzt, die andere Funktionen wie Audio-CODEC, Touch-Controller, drahtlose Geräte etc. bereitstellen. Der modulare Ansatz ermöglicht hohe Skalierbarkeit, eine schnelle Markteinführung und gute Aufrüstbarkeit bei gleichzeitig niedrigen Kosten, geringem Stromverbrauch und einer kompakten Baugröße. Der neue globale Standard unter dem Markennamen »SMARC« basiert auf ULP-COM, ein Begriff, der bisher für Ultra-low-Power-Computer-on-Module verwendet wurde.